1、I遼遼 寧寧 工工 業業 大大 學學單片機原理及接口技術單片機原理及接口技術 課程設計（論文）課程設計（論文）題目：題目： 電烤箱加熱控制器設計電烤箱加熱控制器設計 院（系）：院（系）： 光伏學院光伏學院 專業班級：專業班級： 電氣電氣122122 學學 號：號： 121803043121803043 學生姓名：學生姓名： 董越董越 指導教師：指導教師： （簽字）起止時間：起止時間： 本科生課程設計（論文）II課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：光伏學院 教研室： 注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算學 號121803043學生姓名董越專業班

2、級電氣122課程設計（論文）題目電烤箱加熱控制器設計課程設計（論文）任務電烤箱由電阻絲加熱，功率達 5kW。通過傳感器測量溫度并調節加熱功率。溫度控制范圍 0300，可設定恒溫值。設計任務：設計任務：1. CPU 最小系統設計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復位電路）2. 溫度傳感器選擇及接口電路設計3. 溫度顯示、電熱絲驅動電路設計4 . 程序流程圖及程序清單編寫技術參數：技術參數：1溫度控制范圍 0300，功率達 5kW2工作電源 220V設計要求設計要求：1、分析系統功能，選擇合適的單片機及傳感器，溫度檢測電路設計等；2、應用專業繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規定格式，撰寫、

3、打印設計說明書一份，其中程序開發要有詳細的軟件設計說明，詳細闡述系統的工作過程，字數應在 4000 字以上。進度計劃第 1 天 查閱收集資料第 2 天 總體設計方案的確定第 4 天 CPU 最小系統設計第 5 天 傳感器選擇及其接口電路設計第 6 天溫度顯示、電熱絲驅動電路及電源電路設計第 7 天 程序流程圖設計第 8 天 軟件編寫與調試第 9 天 設計說明書完成第 10 天 答辯指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日本科生課程設計（論文）III摘 要家用電烤箱是一種具有自動控溫、加熱、定時等功能的家用廚房器具。制出的食品色、香、味俱全。本課題主要

4、針對家用電烤箱溫度控制器進行研究。本課題以 AT89C51 單片機系統為核心，對單點的溫度進行實時檢測。采用模擬溫度傳感器 PT100 對溫度進行檢測；采用串型模數轉換器 MAX197 進行 A/D 轉換把溫度信號調解轉換為電壓信號與 AT89C51 單片機接口設置 LED 八段數碼管實時顯示溫度值。本設計包括溫度傳感器、A/D 轉換模塊、數據傳輸模塊、溫度顯示模塊四個部分。文中對每個部分功能、實現過程作了詳細介紹。關鍵詞：電烤箱；單片機微處理器；溫度傳感器 PT100；89C51； 本科生課程設計（論文）IV目 錄第 1 章 緒論 .11.1 溫度控制器概況 .11.2 本文研究內容 .2第

5、 2 章 CPU 最小系統設計.32.1 電烤箱加熱控制器總體設計方案 .32.2 CPU 的選擇 .42.3 數據存儲器擴展 .62.4 復位電路設計 .62.5 時鐘電路設計 .72.6 電源電路設計 .82.7 CPU 最小系統圖 .8第 3 章 89C51 輸入輸出接口電路設計.103.1 溫度傳感器的選擇 .103.2 溫度檢測接口電路設計 .103.2.1 A/D 轉換器選擇.103.2.2 模擬量檢測接口電路圖.123.3 加熱輸出接口電路設計 .123.4 人機對話接口電路設計 .13第 4 章 電烤箱軟件設計 .154.1 軟件實現功能綜述 .154.2 流程圖設計 .154

6、.2.1 主程序流程圖設計.154.2.2 模擬量檢測流程圖設計.174.3 程序清單 .18第 5 章 系統設計與分析 .215.1 系統原理圖 .215.2 系統原理綜述 .21本科生課程設計（論文）V第 6 章 課程設計總結 .23參考文獻 .24本科生課程設計（論文）0第 1 章 緒論1.1 溫度控制器概況電烤箱作為家用西式小電器之一，在我國隨著人們居住環境的不斷改善，廚房的地位也越來越重要。電烤箱易于操作而且制作食物方便，味道保持了傳統燒烤的美味而被人們爭相購買。在電烤箱的研究過程中，溫度的控制尤為重要，溫度控制器的研究又顯得舉足輕重。溫度控制系統在國內各行各業的應用雖然已經十分廣泛

7、，但從生產的溫度控制器來講，總體發展水平仍然不高，通日本、美國、德國等先進國家相比有著較大差距。目前，我國在這方面總體技術水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平，成熟產品主要以“點位”控制及常規的 PID 控制器為主。它只能適應一般溫度控制系統，難于控制滯后、復雜、時變溫度控制系統。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數的自整定方面。國外已有較多的成熟產品。但由于國外技術保密及我國開發工作的滯后，還沒有開發出性能可靠的自整定軟件。控制參數大多靠人工經驗及現場調試確定。國外溫度控制系統發展迅速，并在智能化、自適應、參數自整定等方面取得成

8、果。目前，國外溫度控制系統及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發展。目前社會上溫度控制大多采用智能調節器，國產調節器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價格便宜，國外調節器分辨率和精度較高，價格較貴。通過對智能控制算法及相關溫度控制器的深入研究，設計出了一整套的溫度控制系統，包括其系統軟硬件組成結構。將嵌入式引進溫度控制系統中，加入鍵盤和 LCD 顯示。清晰顯示系統的運行狀態，用戶也可以根據實際情況通過核心板鍵盤和計算機隨時更改初始數據，使溫控系統更加智能化，更易于操作。這種設計方法彌補了國產調節器精度較低的缺點。實驗證明。系統在增量式 PID 算法的控制下運用 ARM 控制器

9、系統的穩態精度達到 0.5以內，運行速度極快。從市場角度看，如果我國的大中型企業將溫度控制，可以降低消耗，控制成本，從而提高生產效率。嵌入式溫度控制系統符合國家提出的“節能減排”的要求，符合國家經濟發展政策，具有十分廣闊的市場前景。現今，應用比較成熟的如電力脫硫設備中，主本科生課程設計（論文）1控制器在主蒸汽溫度控制系統中的應用，已經達到了世界前沿。電力部門 1980年產生廢氣是現今的八倍。節約了兩倍的初級能源，相當于少開采了三個中型煤礦。如今，在微電子行業中。溫度控制系統也越來越重要，如單晶爐、神經網絡系統的控制。因此。溫度控制系統經濟前景非常廣泛，我國的高新精尖行業研究其應用的意義更是更加

10、重大。 1.2 本文研究內容本文研究電烤箱溫度控制器。電烤箱由電阻絲加熱，功率達 5kW。通過傳感器測量溫度并調節加熱功率。溫度控制范圍 0300，可設定恒溫值。研究包括CPU 最小系統設計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復位電路） 、 溫度傳感器選擇及接口電路設計、溫度顯示、電熱絲驅動電路設計、程序流程圖及程序清單編寫等步驟。本科生課程設計（論文）2第 2 章 CPU 最小系統設計2.1 電烤箱加熱控制器總體設計方案根據加熱爐的功能和指標要求，本系統可以從元件級開始設計，選用單片機為主控機。通過連接外圍控制電路，實現對加熱爐溫度的測量和控制。該系統以89C51單片機為核心，由溫度傳感器、運算

11、放大器、A/D轉換器、輸入光電隔離、驅動電路、鍵盤、LED顯示電路共同組成。在系統中，溫度的設置、溫度值及誤差顯示、控制參數的設置、運行、暫停及復位等功能由鍵盤及顯示電路完成。溫度傳感器把測量的電阻爐溫度信號轉換成弱電壓信號，經過信號放大電路，送入低通濾波電路，以消除噪音和干擾，濾波后的信號輸入到A/D轉換器，轉換成數字信號輸入89C51單片機。下圖為加熱爐溫度控制系統框圖：圖 2.1 電烤箱加熱控制器設計框圖溫度傳感器完成對電烤箱內溫度的采集，運算放大器對溫度傳感器的采樣進行放大，A/D 轉化器完成把模擬量轉換成單片機可以識別的數字信號，單片機的CPU 將對這個信號進行處理和響應，溫度的數值

12、通過 LED 顯示器顯示出來，如果還需要加熱，單片機會對驅動器發出指令，驅動器經過光電隔離（提高系統抗干擾能力） 、晶閘管（通過控制晶閘管的導通來改變溫度）使加熱器的電阻絲發熱，繼續對電烤箱內進行加熱；用戶可以通過鍵盤對溫度進行手動控制； 電壓本科生課程設計（論文）3同步信號完成將 220V 的交流電轉換成單片機的工作電壓直流電+5V。2.2 CPU 的選擇本次設計的溫度控制系統精度較高，需要的 I/O 接口也比較多，因此采用AT89C51 單片機作為本系統的微處理器。AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含

13、 2 個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數器，2 個全雙工串行通信口。片內含 4k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM） ，可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，內置功能強大的微型計算機的 AT89C51 提供了高性價比的解決方案。因此此單片機完全能滿足溫度控制系統的要求。AT89C51 的主要特性如下： 1、壽命達 1000 寫/擦循環 2、數據保留時間：10 年 3、

14、 全靜態工作：0Hz24MHz 4、三級程序存儲器鎖定 5、128B 內部 RAM 4KB 內部 ROM 6、4 個并行 I/O 口，共 32 條可單獨編程的 I/O 線 7、2 個 16 位定時器/計數器 8、5 個中斷源，2 個中斷優先級 9、可編程串行通道 10、低功耗閑置和掉電模式 11、片內振蕩器和時鐘電路89C51 單片機的接法及引腳功能為:VCC（40）：接5V 電源 GND（20）：接地P0 口（3932）：P0 口為 8 位漏極開路雙向 I/O 口，每個引腳可吸收 8 個TTL 門電流。 P1 口（18）：P1 口是從內部提供上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩本

15、科生課程設計（論文）4沖器能接收和輸出 4 個 TTL 門電流。 P2 口（2128）：P2 口為內部上拉電阻器的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收和輸出 4 個 TTL 門電流。 P3 口（1017）：P3 口是 8 個帶有內部上拉電阻器的雙向 I/O 口，可接收和輸出 4 個 TTL 門電流，P3 口也可作為 AT89C51 的特殊功能口。 RST（9）：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持 RST 引腳 2 個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG（30）：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節，在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時

16、，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過 1 個 ALE 脈沖。 PSEN（29）：外部程序存儲器的讀選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期 2 次 PSEN 有效，但在訪問外部數據存儲器時，這 2 次有效的 PSEN信號將不出現。 EA/VPP（31）：當 EA 保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000HFFFFH）不管是否有內部程序存儲器。FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內部時

17、鐘工作電路的輸入。 XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。本科生課程設計（論文）5圖 2.2 89C51 引腳圖2.3 數據存儲器擴展由于本次設計中選用的 CPU，89C51 單片機的內部僅有 128 個字節的RAM，在實時采集電壓、電流和隔離開關、斷路器的閉、合，以及對這些數據進行處理等，僅靠片內提供的 RAM 容量遠遠不夠，這就需要擴展外部數據存儲器。本次設計的數據存儲器的電路采用 8K 的靜態 6264 數據存儲器。具體擴展如下所示：6264 數據存儲器的容量為 8K。共有 13 根地址線 A0-A12。其中，低八位地址線通過鎖存器與 89C51 的 P0 口相連，高 5 位與 89

18、C51 的 P2.0-P2.4 相連。當89C51 發出 13 位地址信息時，分別選中 6264 片內 8KB 存儲器中個單元，而 8 根數據線直接與 89C51 的 P0 口相連。6264 的 OE 端與 89C51 的 RD 相連。6264 的WE 端與 89C51 的 WR 相連。6264 的片選線 CE 直接連 89C51 的 P2.6。圖 2.3 數據存儲器擴展圖2.4 復位電路設計單片機的復位電路分上電復位和按鍵復位兩種方式。A. 上電復位：在加電之后通過外部復位電路的電容充電來實現的。當Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位，即接通電源就完成了系統的初始化電路原理圖

19、。RST上的電壓必須保證在斯密特觸發器的閥值電壓以上足夠長時間，滿足復位操作的要求。B. 按鍵復位：P0 .336P0 .138P0 .237P0 .039P0 .534P3 .6 /W R16P3 .7 /RD17P2 .0 /A 821P2 .1 /A 922P2 .2 /A 1 023P2 .3 /A 1 124P2 .4 /A 1 225P0 .633P0 .732P2 .7 /A 1 528A L E30E A31P0 .43589 c5 1O E1Q 02D 03D 14Q 15Q 26D 27D 38Q 39L E11Q 412D 413D 514Q 515Q 616D 617D

20、 718Q 71974 L S 37 3+5A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 122O E22W E27C E 120D 011D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 71962 64.本科生課程設計（論文）6程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為了擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效。按鍵復位又分按鍵脈沖復位和按鍵電平復位。電平復位將復位端通過電阻與Vcc相連，按鍵脈沖復位是利用RC分電路產生正脈沖來達到復位的。 C 10R 2V C

21、 CS 2.圖 2.4 復位電路原理圖2.5 時鐘電路設計單片機內部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳 ，輸出端為引腳 。而在芯片外部 和 之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器。晶體震蕩頻率高，則系統的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快，但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用震蕩頻率為12MHz的石英晶體。震蕩電路產生的震蕩脈沖并不直接是使用，而是經分頻后再為系統所用，震蕩脈沖經過二分頻后才作為系統的時鐘信號。在設計電路板時，振蕩器和電容應盡量靠近單片機，以避免干擾。需要注意的是：電路板時，振蕩器和電容應盡量安裝得與單片

22、機靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩定、可靠的工作電路圖如圖所示。C 712 M H zC 630 pFC 530 pFV CCX 1X 2.圖 2.5 時鐘電路原理圖本科生課程設計（論文）72.6 電源電路設計控制系統主控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖3-10所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經 過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路轉換成穩定的直流。由于輸入電壓為電網電壓，一般情況下所需直流電壓的數值和電網電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，

23、所以需要整流電路把交流電壓轉換成直流電壓。由于經整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩定性足夠高的直流電壓。電路使用集成穩壓芯片LM7805解決了電源穩壓問題。圖2.6 電源電路圖2.7 CPU 最小系統圖89C51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口（P0、P1、P2、P3），D 1D 2D 3D 4T1C1220uFC20.1uFC30.1uFC4220uFV in1GND2+537805220A C.本科生課程設計（論文）889C

24、51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作為輸出或輸入。單片機的最小系統電路原理圖如圖3-2所示，18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調電容的一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端，在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后能夠形成上電復位電路。P1 .01P1 .12P1 .23P1 .34P1 .45P1 .56P1 .67P1 .78R ST9R X D /P3 .010T X D /P3 .111IN T R 0/ P3.212IN T R 1/ P

25、3.313T I M E R 0/P 3.414T I M E R 1/P 3.515W R/ P3 .616R D /P 3.717X T A L 218X T A L 119E A31A L E30PS E N29P0 .0 (A D 0)39P0 .1 (A D 1)38P0 .2 (A D 2)37P0 .3 (A D 3)36P0 .4 (A D 4)35P0 .5 (A D 5)34P0 .6 (A D 6)33P0 .7 (A D 7)32P2 .0 (A 8 )21P2 .1 (A 9 )22P2 .2 (A 1 0)23P2 .3 (A 1 1)24P2 .4 (A 1 2)

26、25P2 .5 (A 1 3)26P2 .6 (A 1 4)27P2 .7 (A 1 5)2889 c5 1C 10R 2V CCS2C 712 M H zC 530 pFC 630 pFV CC.圖 2.6 最小系統圖本科生課程設計（論文）9第 3 章 89C51 輸入輸出接口電路設計3.1 溫度傳感器的選擇本課設要求測量的溫度范圍是 0300，PT100 熱電阻的測溫范圍是-200800，滿足設計要求。雖然 K 型熱電偶也可以滿足設計要求，但是在低溫時一般常用 PT100，因為它在低溫時精度較高，運行速度較快。PT100 溫度傳感器為正溫度系數熱電阻傳感器，主要技術參數如下： 測量范圍：-

27、200+850； 允許偏差值： A 級 ， B 級 ；0.150.002 t0.300.005 t 響應時間30s； 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm； 允通電流5mA。另外，PT100 溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好，在 0100 攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于 0.5攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關系為： -200t0時，；231001*100RtRAtBtCtt 0t850時，；21001RtRAtBt式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可見PT100 在常溫

28、0100 攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達式可近似簡化為：，當溫度變化 1，PT100 阻值近似變化 0.39。1001RtRAt3.2 溫度檢測接口電路設計3.2.1 A/D 轉換器選擇本設計要求溫度在0300范圍內，要是選用8位分辨率的 A/D 轉換器不能滿足要求，所以必須選擇12位分辨率的 A/D 轉換器。12位分辨率的 A/D 轉換器中最本科生課程設計（論文）10常使用的就是由美國美信公司生產的 MAX197. 它是可程控多量程8通道12位多路復用 A/ D 轉換集成電路,具有5MHz 的跟蹤/保持帶寬、 100kS/ s 的采樣速率、可編程控制的內/外部時鐘與采樣模式、 8

29、+ 4位并行接口、三種電源關閉模式(包括一種硬觸發關閉和兩種可編程式軟關閉)。MAX197用標準微處理器接口,通過讀寫三態數據 I/ O 端口可以控制對數據總線的訪問與釋放。 圖 3.2.1 MAX197 引腳圖MAX197 的引腳功能：1 CLK 時鐘輸入。在內部時鐘模式下,從該引腳接一100pF 的電容可獲得1. 56MHz 內部時鐘2 CS 片選,低電平有效3 WR 當 CS 為低電平時,在內部時鐘模式下,WR的上升沿將鎖存設置并開始一個自動采集和轉換周期,在外部時鐘模式下,WR 處的第一個上升沿開始采集,第二個上升沿結束采集并進入轉換周期4 RD 當 CS 低電平時,RD 上的下降沿使

30、數據處于數據總線上可被讀取5 HBEN用于12 位轉換結果的多路復用。當 HBEN 為低電平時可讀取結果的高 4 位,當為高電平時,可讀取結果的低8位6 SHDN 設置電源關閉模式7 - 14 D0 - D11 三態數字 I/ O 端口15 AGND 模擬信號地16 - 23 CH0 - CH7 模擬信號輸入通道本科生課程設計（論文）1124 INT 當轉換結束且數據可被訪問時為低電平25 REFADJ帶寬基準電壓調整引腳。當 REF 引腳使用外部基準電壓時直接接 VDD , 否則旁路一0. 01 F 的電容26 REF基準緩存輸出和緩存輸入引腳。在用內部基準電壓時,基準緩存輸出一4. 096

31、V 的名義電壓,并可通過 REFADJ 引腳調整。在用外部基準電壓時,則通過 REFADJ 直接接 VDD 使基準緩存無效27 VDD + 5V 電源28 DGND 數字信號地3.2.2 模擬量檢測接口電路圖熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器 LM741 的輸入端，經過儀器放大器放大后的電壓輸出送給MAX197A/D 轉換芯片，從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。電路原理圖如圖 3.2.2所示。R12KR22KR11120KR310KR410KR511.5KRP210KRP110KR

32、T1PT10032184LM741VCC+5GNDGND-5D0/D814CLK1REF26D1/D913CH016CH117CH218D2/D1012CH319CH420D3/D1111CH521CH622D410CH723VDD27D59SHDN6REFADJ25D68AGND15D77DGND28HBEN5CS2INT24RD4WR3U?MAX197100uF4.5uF0.1uF0.01uFP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT13P3.4/T014P3.5/T

33、115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL119P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039XTAL21889C51(40)C110uFGND.圖 3.2.2 溫度檢測接口圖本科生課程設計（論文）123.3 加熱輸出接口電路設計 輸出通道采用 Motorola 公司推出的單片集成可控硅驅動

34、器件 MOC3041 來作為輸出的驅動控制。MOC3041 芯片是一種集成的帶有光電耦合的雙向可控硅驅動電路。它的內部集成了發光二極管、雙向可控硅和過零出發電路等器件。它由輸入和輸出兩部分組成。輸入部分是一個砷化鎵發光二極管，在 515mA 正向電流的作用下發出足夠強度的紅光外去觸發輸出部分；輸出部分包括一個硅光敏雙向可控硅和過零出發器，在紅外線的作用下，雙向可控硅雙向導通，與過零觸發器一起輸出同步觸發脈沖，去控制執行機構（外部的雙向可控硅）MOC3041 組成的過零出發雙向可控硅電路簡單可靠，電路圖如下圖所示圖 3.3.1MOC3041 內部結構及外部引腳圖.R11R12R15加加加R14R

35、13C?CAPQ1342516MOC3041+5220AC.圖 3.3.2 加熱系統圖3.4 人機對話接口電路設計鍵盤采用行列式和外部中斷相結合的方法，圖3-4中各按鍵的功能定義如下表1。其中設置鍵與單片機的INT0腳相連,S0 - -S9、YES、NO用四行三列接單片機P0 口，REST鍵為硬件復位鍵，與R、C構成復位電路。鍵盤模塊電路如圖3.4所本科生課程設計（論文）13示。表 3.4 鍵盤功能表 .4705218OKCLR694.7K4.7K4.7K4.7K3VCCP03P04P05P06P03P04P05P06P03P04P05P06P03P04P05P06.圖 3.4 鍵盤電路按鍵鍵

36、名功能REST復位鍵使系統復位RET設置鍵使系統產生中斷，進入設置狀態S0S9數字鍵設置用戶需要的溫度YES確認鍵用戶設定目標溫度后進行確認NO清除鍵用戶設定溫度錯誤或按了 YES 鍵后使用本科生課程設計（論文）14第 4 章 電烤箱軟件設計4.1 軟件實現功能綜述本次設計的軟件主要實現的功能為:溫度傳感器測量的溫度信號經 MAX197 進行信號的放大與 A/D 轉換，把轉換好的數字量輸入單片機，經過標度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數碼管上顯示出來。同時，單片機對輸入的數字量進行處理，經過 PID 控制算法對溫度進行控制。此外，軟件還應該實現按鍵操作，例如設置參數的功能。為了能夠實現上述功能

37、，經過認真的分析和整理，以及對整體功能進行細化、分配，把系統的程序劃分為以下幾個主要模塊:1、初始化模塊：通過該模塊來對堆棧、定時器、計數器、中斷和特殊功能寄存器進行賦值，有關寄存器的清零，以及計數器/定時器的初值存放等。2、按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統一上電后就開始對鍵盤進行掃描，一旦在相應時刻檢測到有鍵按下，就會相應轉去執行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。3、A/D 轉換模塊：把溫度傳感器測量的溫度信號經 MAX665 轉換為數字量。4、標度變換：主要是把數字量轉換為要顯示的物理量。5、顯示模塊 ：該模塊應能夠把溫度值進行準確顯示，并且能顯示溫度上下限及各種參數。6、控制算法模塊：采

38、用 PID 控制算法對溫度進行控制。除了上述功能以外，本著操作友好、功能齊全、安全可靠的設計原則。4.2 流程圖設計4.2.1 主程序流程圖設計主程序主要實現系統的初始化，鍵值處理，A/D 轉換，顯示數據。 系統的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等） ，通信的初始化（串口的初始化，MAX197 的初始化，通信緩沖區的初始化） ，LED 顯示的初始化，輸出端口的初始化，采集、累計數據的初始化。 本科生課程設計（論文）15鍵值處理包括對系統三個鍵的判斷與處理。A/D 轉換包括數據轉換（主要實現將測量電路監測到的電壓信號轉換成 LED顯示所需的數據類型） 。顯示數據包括數據轉換

39、（主要實現將各類參數、測量數據、計算累計值等轉換成 LED 顯示所需的數據類型）和顯示屏的刷新（包括刷新采集數據屏和根據按下的鍵更改顯示屏） 。初始化 溫度傳感器A/D 轉換89C51 處理LED 顯示鍵值處理是否有鍵盤輸入NY本科生課程設計（論文）164.2.2 模擬量檢測流程圖設計由于干擾的存在，可能導致 AD 轉換的結果與爐溫出現差異，為了提高系統的可靠性和信號的真實性，采用程序計算的方法對采樣信號進行平滑加工，從而克服虛假信號，這種算法稱為數字濾波。數字濾波的方法有以下幾種： 限幅濾波，其基本方法是通過比較相鄰(n 和 n-1 時刻)的兩個采樣值和ny，如果它們的差值過大超出了參數可能

40、的最大變化范圍，則認為發生了隨1ny機干擾，并視后一次采樣值為非法值，應予剔除。ny 中值濾波，就是連續采樣三次，取中間值作為本次采樣值。 算術平均濾波，就是連續取幾個采樣值進行算術平均。其數學表達式為:NiiyNY11因算術平均濾波方法簡單、數據采集更加精確，濾波結果就是對單點溫度多次采樣的平均值，更加準確的反應了被測溫度的大小，因此，本系統采用了算術平均濾波法。設計時，外部輸入的模擬量信號首先由傳感器送入測控器，然后進行模擬量采集，在一次采樣間隔時間 T 內，依次將各輸入量輪流接到 A/D 轉換器進行一次轉換。為了準確地反映被測信號，防止干擾，對每一路信號在 20 ms 內采集 4 次，即

41、采樣間隔時間 T=5ms，4 次采集完成后再將 4 次采集的值求平均得出此次采集的結果。 在 20ms 的采集完成后，要將數據按照量程或計算公式轉換為有實際意義的數據，并根據報警界限判斷數據是否有低于下限或超出上限的報警。本科生課程設計（論文）17采樣累加計算平均值并保存結果是否大于設定值LED 顯示報警 是否被采樣 4 次開始YNYN4.3 程序清單ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP PITOORG 0030HSTART: CLR P1.7本科生課程設計（論文）18CLR P1.3CLR P1.5SETB P1.6MOV R4, #00HMOV SP, #60H

42、 MOV PSW, #00HMOV R0, #20H MOV R7, #60H ML: MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7, MLCLR IT0MAIN: LCALL GET_TEMPERSS: LCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAY LCALL BIJIAOLCALL XIAOYULCALL JIXIANJNB DEYU CLR P1.3 SETB P1.6 CLR DEYULCALL GET_TEMPERLCALL DISPLAYAJMP TT2LCALL DISPLAY MUN: PUSH PSWMOV R0, #7AH MOV A, R0SWAP A

43、DEC R0ADD A, R0MOV R1, A本科生課程設計（論文）19ANL A, #0F0HSWAP AMOV B, #10MUL ABMOV R2, AMOV A, R1ANL A, #0FHADD A, R2MOV 38H, AMOV R0, #78HMOV 39H, R0POP PSWRETBIJIAO: MOV A, 29H MOV 40H, AMOV A, 38H CLR CCJNE A, 40H, L1MOV A, 39HCJNE A, 30H, L1SETB DEYUSJMP L2L1: JC L2SETB DAYU SJMP L2L2: RET本科生課程設計（論文）20第

44、 5 章 系統設計與分析5.1 系統原理圖圖 5.1 系統原理圖5.2 系統原理綜述先由溫度傳感器電路對溫度進行采集，通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器 LM741 的輸入端，經過儀器放大器放大后的電壓輸出送給 A/D 轉換芯片，從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。經 MAX197 處理后的數字信號就可以直接交給 89C51 處理了，89C51 處理又4.7K4.7KR11120K4.7K4.7K4.7KRP210KRP110KRT1PT10032184LM741VCC+5GNDGND-5D0/D814CLK1REF26D1/D913CH016CH117CH218D2/D1012CH319CH420D3/D1111CH521CH622D410CH723VDD27D59SHDN6REFADJ25D68AGND15D77DGND28HBEN5CS2INT24RD4WR3U?MAX197100uF4.5uF0.1uF0.01uFP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT13P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL1